(57)【要約】【課題】  発光層にレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法において、さらなる輝度の向上を可能にする。【解決手段】  透明な絶縁性基板１上に透明な第１電極２、第１絶縁層３、発光中心を含む発光層４、第２絶縁層５および透明な第２電極６を順次成膜するとともに、発光層４にレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法において、ＥＬ素子の第１電極２と第２電極６との間に第２電極６をプラスとして直流電圧を印加した場合と、第２電極６をマイナスとして直流電圧を印加した場合とで、１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧差が１０Ｖ未満となるように、発光層４にレーザを照射する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な絶縁性基板（１）上に透明な第１電極（２）、第１絶縁層（３）、発光中心を含む発光層（４）、第２絶縁層（５）および透明な第２電極（６）を順次成膜するとともに、前記発光層（４）にレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法において、
前記ＥＬ素子の前記第１電極（２）と前記第２電極（６）との間に前記第２電極（６）をプラスとして直流電圧を印加した場合と、前記第２電極（６）をマイナスとして直流電圧を印加した場合とで、１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧差が１０Ｖ未満となるように、前記発光層（４）にレーザを照射することを特徴とするＥＬ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２絶縁層（３、５）は、酸化チタン膜と前記酸化チタン膜以外の金属酸化膜を積層した膜からなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＥＬ素子の製造方法。
【請求項３】
前記発光層（４）は、少なくともＺｎＳ、ＳｒＳ、ＣａＳのうちのいずれか１つを母体材料として含むものであることを特徴とする請求項１または２に記載のＥＬ素子の製造方法。
【請求項４】
前記発光層（４）を成膜した後であって前記第２絶縁層（５）を成膜する前に前記発光層（４）側から、４２０ｎｍ以下の波長のレーザを前記発光層（４）に照射することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＥＬ素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２絶縁層（５）を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザを前記発光層（４）に照射することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光層にレーザを照射して輝度向上を図るようにしたＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＥＬ素子は、ガラスなどの透明な絶縁性基板上に透明な第１電極、第１絶縁層、発光中心を含む発光層、第２絶縁層および透明な第２電極を順次成膜することにより製造される。
【０００３】
このようなＥＬ素子においては、輝度の向上を図るために、発光層にレーザを照射することにより発光層をアニールし、輝度を向上させるようにした製造方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２４７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＥＬ素子においては、さらなる輝度の向上が要望されており、レーザ照射による輝度向上を図る場合においても、効率的に輝度を向上可能な方法が必要となってくる。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、発光層にレーザを照射することにより輝度を向上させるようにしたＥＬ素子の製造方法において、さらなる輝度の向上を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、ＥＬ素子の第１電極（２）と第２電極（６）との間に第２電極（６）をプラスとして直流電圧を印加した場合と、第２電極（６）をマイナスとして直流電圧を印加した場合とで、１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧差が１０Ｖ未満となるように、発光層（４）にレーザを照射することを特徴とする。
【０００７】
それによれば、第１および第２電極（６）間に極性を変えて直流電圧を印加したときに、この電圧印加の一方の極性と他方の極性とでＥＬ素子における１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧差が１０Ｖ未満となるように、発光層（４）にレーザを照射すれば、後述する図４に示されるように、さらなる輝度の向上が可能となる。
【０００８】
ここで、発光層（４）の成膜後であって第２絶縁層（５）の成膜前に発光層（４）側から、レーザを発光層（４）に照射する場合、発光層（４）へのレーザの吸収を考慮して、そのレーザの波長は４２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
また、第２絶縁層（５）を成膜した後にレーザを発光層（４）に照射する場合、および発光層（４）以外の層へのレーザの吸収を抑制しつつ発光層（４）へレーザを吸収させることを考慮して、そのレーザの波長は３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＥＬ素子１００の概略構成を示す図である。この図１において（ａ）は電極構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。
【００１２】
このＥＬ素子１００は、透明な絶縁性基板１を有しており、この絶縁性基板１の上に、通常のＥＬ素子に用いられる材質からなる透明な第１電極２、第１絶縁層３、発光中心を含む発光層４、第２絶縁層５および透明な第２電極６が順次積層されて構成されている。
【００１３】
絶縁性基板１は無アルカリガラスや低アルカリガラスなどのガラスや透明な樹脂などからなるが、本例ではガラス基板１である。第１電極２は、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）やＩＺＯなどの透明導電膜からなるもので、本例ではたとえば厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ膜からなる。
【００１４】
第１絶縁層３および第２絶縁層５は、シリコン酸化膜などの一般的な絶縁膜を採用できるが、レーザ照射によるアブレーションを防止するためには、酸化チタン膜と酸化チタン膜以外の金属酸化膜を積層した膜からなるものが好ましい。
【００１５】
そのような積層膜としては、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層の積層膜であるＡＴＯ膜が挙げられる。このＡＴＯ膜は、Ａｌ2Ｏ3層の原料としてＡｌＣｌ3およびＨ2Ｏを用いＴｉＯ2層の原料としてＴｉＣｌ4およびＨ2Ｏを用いて、ＡＬＤ（原子層成長法）により成膜することができる。
【００１６】
本例では、各絶縁層３、５としてＡＴＯ膜を採用しており、その膜構成は、たとえば、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層とも、１層当たりの厚さを５ｎｍとし、それぞれ６層積層した構造とすることができる。
【００１７】
また、各絶縁層３、５としては、このＡＴＯ膜におけるＡｌ2Ｏ3層の代わりに該Ａｌ2Ｏ3層より誘電率の大きなＨｆＯ2層やＺｒＯ2層を用いたものが挙げられる。これらについては、おのおの原料ガスとしてＨｆＣｌ4やＺｒＣｌ4を用いれば成膜できる。膜厚の設定は上述したＡｌ2Ｏ3層と同様に考えればよい。これらのものはＡｌ2Ｏ3層よりも誘電率が大きいため、ＡＴＯ膜と容量を同じにした場合、積層数をより多くできるので、耐圧を高くし信頼性を向上させることができる。
【００１８】
発光層４は、ＺｎＳ、ＳｒＳやＣａＳを母体材料とし、発光中心としてＭｎなどを添加した一般的なものを採用でき、その膜厚としては５０ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。本例では、発光層４は、ＺｎＳ：Ｍｎからなるものである。
【００１９】
また、第２電極６は、第１電極２と同様に、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電膜からなるもので、本例では、第１電極２と同様に、たとえば厚さ１００ｎｍ程度のＩＴＯ膜からなる。
【００２０】
ここで、本ＥＬ素子１００においては、第１電極２および第２電極６は、互いに直交するストライプ形状に形成されており、第１電極２と第２電極６の交点に所定の電圧が印加されると、その部分が発光する。
【００２１】
次に、本実施形態のＥＬ素子１００の製造方法について述べる。本製造方法は、発光層４の成膜後においてレーザを照射するものである。
【００２２】
具体的には、絶縁性基板１の上に、スパッタやフォトリトグラフ技術を用いてＩＴＯからなる第１電極２を形成し、その上に、ＡＬＤ法によりＡＴＯ膜からなる第１絶縁層３を形成し、続いて、蒸着法によりＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層４を形成し、その上に、第１絶縁層３と同様にして第２絶縁層５を形成し、さらに、第１電極２と同様に第２電極６を形成する。
【００２３】
ここにおいて、本実施形態では、発光層４の成膜後において、ＥＬ素子１００の第１電極２と第２電極６との間に第２電極６をプラスとして直流電圧を印加した場合と、第２電極６をマイナスとして直流電圧を印加した場合とで、１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧差が１０Ｖ未満となるように、発光層４にレーザを照射する。
【００２４】
具体的には、第１の方法として、発光層４を成膜した後であって第２絶縁層５を成膜する前に発光層４側から、４２０ｎｍ以下の波長のレーザを発光層４に照射する。ここで、所定の波長となれば、レーザの発振源はなんでもよく、また４２０ｎｍ以上の波長の発振源を用いて、その高調波を利用してもよい。
【００２５】
レーザパワーについては、発光層材料や照射の仕方によって異なるが、発光層４の構成元素がアブレーションで加工されない範囲内で、できるだけ大きなパワーを加えることが好ましい。
【００２６】
ここで、この第１の方法において、レーザの波長を４２０ｎｍ以下にする理由について図２を用いて説明する。図２は、ＥＬ素子１００を構成する膜の透過率の波長依存性を測定した図である。
【００２７】
図２において、破線で示される曲線１２は第１絶縁層３の単膜の測定結果で、一点鎖線で示される曲線１３は第１絶縁層３と発光層４との２層構造の測定結果である。ここでは、曲線１２の測定サンプルは、ガラス基板１上に第１絶縁層３のみを成膜したものであり、曲線１３の測定サンプルは、ガラス基板１上に第１絶縁層３、発光層４を順次積層したものである。
【００２８】
これらサンプルにおいて、第１絶縁層３はＡＴＯ膜であって、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉＯ2層の各々の膜厚が５ｎｍで３０層積層した膜であり、発光層４はＺｎＳ：Ｍｎを９００ｎｍ成膜したものとした。そして、図２において、実線で示される曲線１１は、曲線１２と１３との差分であり、発光層４の１層分の透過率曲線を表している。
【００２９】
図２に示されるように、４２０ｎｍ以下では、曲線１１に示される発光層４の単膜の透過率の低下、すなわち発光層４へのレーザの吸収が顕著になっており、レーザによる発光層４のアニールが可能となる。なお、４２０ｎｍ以上の波長でも、発光層４の透過率が若干低下している波長もあるが、これは絶縁層との界面の効果によるもので、アニール効果はほとんど無かった。
【００３０】
また、発光層４の材料についても、ＳｒＳ：ＣｅやＣａＳ：Ｅｕについても蒸着法で成膜すれば、ＺｎＳ：Ｍｎと同様の透過率曲線が得られるので、同様の手法でレーザ波長を選択すればよい。また、発光層材料の光に対する光学的特性は、母体材料によって決定されるので、発光中心材料は、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｅｕ等何を選択してもかまわない。
【００３１】
レーザ照射の第２の方法としては、第２絶縁層５を成膜した後に、３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長のレーザを発光層４に照射する。この場合、第２絶縁層５の成膜後であれば、レーザ照射は、第２電極６の成膜前でも成膜後でもよい。また、レーザ照射は、絶縁性基板１側からでも第２絶縁層５側からでもどちらでもよい。
【００３２】
この方法によれば、第２絶縁層５の成膜後にレーザ照射を行うので、レーザアニールによる発光層４の昇華を抑えることができ、効果的にアニールすることができる。たとえば、発光層４の材料としてＺｎＳを用いれば１１８０℃で昇華してしまうが、第２絶縁層５があれば、そのような発光層４の昇華は生じなくなり、より効率的なアニールをすることができる。
【００３３】
これは、昇華点を持たないＳｒＳやＣａＳにおいても第２絶縁層５があれば、発光層４の冷却効率が低下するので、効果がある。また、第２絶縁層５で発光層４が覆われていれば、レーザ照射雰囲気いかんにかかわらず、同様の結果を得ることができる。
【００３４】
この第２の方法においても、上記第１の方法と同様に、レーザの波長は４２０ｎｍ以下とすることは、上記した理由から明らかである。さらに、この第２の方法では、レーザで発光層４をアニールするためには、第２絶縁層５をレーザが透過し、発光層４では吸収されなければならない。また、絶縁性基板１側からレーザ照射する場合には、第１絶縁層３をレーザが透過しなければならない。
【００３５】
そのような波長領域は、上記図２から、３２０〜４２０ｎｍにあることがわかる。つまり、図２において、曲線１２は第１絶縁層３の単膜の透過率を表しているが、この透過率は、発光層４の上に位置する第２絶縁層５の単膜の透過率としても同様である。
【００３６】
このことから、波長が３２０ｎｍより短いときには、絶縁層３、５がほぼ１００％吸収することがわかる。つまり、波長が３２０ｎｍよりも短いレーザでは、絶縁性基板１側もしくは第２絶縁層５側から発光層４にレーザを照射しても、第１絶縁層３または第２絶縁層５にレーザが吸収されてしまい、発光層４には到達しなくなる。
【００３７】
ちなみに、第２絶縁層５の成膜後に、発光層４に対して、２６６ｎｍや３０８ｎｍのレーザを照射したところ、パワーが弱ければＥＬ素子１００の輝度に変化がなく、パワーを強くすれば、第２絶縁層５がアブレーションによって加工されてしまい、ＥＬ素子１００を形成することができなかった。また、４２０ｎｍより長波長の５３２ｎｍのレーザでは、発光層４が光を吸収しないので、アニール効果が得られなかった。
【００３８】
よって、この第２の方法では、３２０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長のレーザにて照射を行うことになる。また、レーザ照射は、第２絶縁層５の成膜後であれば、第２電極６の成膜後でもよいが、これは、第２電極６は、透明であり、一般的に３２０ｎｍ〜４２０ｎｍのレーザに対してほぼ１００％の透過率を持つためである。また、絶縁性基板１側からレーザ照射する場合も、絶縁性基板１および第１電極２は一般的にレーザに対してほぼ１００％の透過率を持つため、問題はない。
【００３９】
次に、この第２の方法を例にとって、どのような条件でレーザを照射すればよいかについて、説明する。
【００４０】
サンプルとして、上記図１に示されるＥＬ素子１００において、発光層４をＺｎＳ：Ｍｎとして３００ｎｍの膜厚で形成し、第１絶縁層３および第２絶縁層５は、Ａｌ2Ｏ3層を膜厚５ｎｍで６層、ＴｉＯ2層を膜厚３０ｎｍで５層を各々交互に積層したＡＴＯ膜とし、第１電極２および第２電極６はＩＴＯ膜としたものを用いた。
【００４１】
図３は、このサンプルの第２電極６上に３５５ｎｍのレーザを照射したときのレーザパワーと実質照射時間の関係を示した図である。図３では、プロットは、実際に効果があり、その効果が顕著であった場合の実データを示している。
【００４２】
この図３においては、たとえば、８０ＭＨｚで１０ｐｓｅｃのパルス幅持った１．８Ｗのレーザを０．７ｍｍφの径で４秒照射した場合、横軸のパワーは、１．８Ｗ／｛（０．０３５ｍｍ）2×３．１４｝＝４７０Ｗ／ｃｍ2となり、縦軸の実質照射時間は、（８０×１０6Ｈｚ）×（１０×１０-12ｓｅｃ）×（４ｓｅｃ×１０3）＝３．２ｍｓｅｃとなる。
【００４３】
この図３に示されるように、ＥＬ素子１００にレーザを照射した場合の効果について、Ａ、Ｂ、Ｃの３領域に別れることがわかった。領域Ａは、過剰なレーザを照射した場合で、アブレーションが生じ、たとえば第２絶縁膜５や第２電極６が加工されてしまう。領域Ｂは輝度向上が観察された領域で、領域Ｃはレーザ照射による輝度向上の効果が生じない領域である。
【００４４】
なお、パワーや実質照射時間は、ＥＬ素子の構成つまり膜材料などに応じて異なるが、ＥＬ素子の構成が変わっても、同様に、このような領域Ａ、Ｂ、Ｃを求めることができる。また、第２の方法に限らず第１の方法においても、上記同様に、領域Ａ、Ｂ、Ｃを求めればよい。
【００４５】
そして、本実施形態における第１または第２の方法によるレーザ照射は、対象となるＥＬ素子について、上記図３に示されるような関係を求めておき、そこから得られた領域Ｂの条件のうち、ＥＬ素子１００の第１電極２と第２電極６との間に第２電極６をプラスとして直流電圧を印加した場合と、第２電極６をマイナスとして直流電圧を印加した場合とで、１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧差が１０Ｖ未満となるような条件にて、発光層４にレーザを照射する。
【００４６】
具体的には、求められた領域Ｂの条件の中から、レーザパワーと照射時間を調整することにより、上記電圧差が１０Ｖ未満となるような条件を決めておき、その条件にてレーザ照射を行う。ここで、上記領域Ｂのうち比較的照射時間が長いものやレーザパワーの大きいものが、当該条件に相当する傾向にある。本例では、図３中のプロットＢ１、Ｂ２のものが、当該条件に相当する。
【００４７】
通常、薄膜ＥＬは、矩形波を印加して駆動するが、直流電圧を印加しても発光させることができる。このとき、発光層４を中心とした膜質の非対称性により、第１電極２に対して第２電極６の極性をプラスにした場合とマイナスにした場合とで、通常、輝度が１ｃｄ／ｍ2に達する電圧に差が生じる。直流電圧をＥＬ素子に印加したときに１ｃｄ／ｍ2の輝度に達する電圧を、直流での発光開始電圧と定義する。
【００４８】
そこで、上記領域Ｂにおいてレーザパワーや照射時間を変えたときに、ＥＬ素子１００の第１電極２と第２電極６との間に第２電極６をプラスとして直流電圧を印加した場合の直流での発光開始電圧と、第２電極６をマイナスとして直流電圧を印加した場合の直流での発光開始電圧とを求める。
【００４９】
そして、これら２つの電圧差を求める。ここで、この電圧差を、直流での発光開始電圧の極性差ということにする。そして、この直流での発光開始電圧の極性差が１０Ｖ未満となるようなレーザ照射条件を、上記領域Ｂから求め、その条件にてレーザ照射を行う。これが、本実施形態の製造方法である。
【００５０】
図４は、本実施形態の製造方法による効果を示す図である。図４の横軸は、直流での発光開始電圧の極性差を示す。また、縦軸は、４８０Ｈｚのフレーム周波数で２０μｓｅｃのパルス幅である矩形波で動かしたときの輝度Ｌ２０である。この輝度Ｌ２０は、この矩形波によって１ｃｄ／ｍ2の輝度に達するときの矩形波の電圧すなわち、矩形波での発光開始電圧よりも２０Ｖ高い電圧を加えたときの輝度である。
【００５１】
上記図３の領域Ｂで示した条件にてレーザを照射した場合、直流電圧での発光開始電圧の極性差が１０Ｖ以上の条件では３５０ｃｄ／ｍ2以下の輝度にしか達しないが、１０Ｖ未満の条件になると、当該極性差が小さくなるにしたがって、輝度が高くなる傾向がみられる。
【００５２】
なお、ＥＬ素子１００にレーザを照射しないときは、第２電極６にプラスの電圧を印加すると発光するが、マイナスの電圧を印加すると発光せず、直流電圧での発光開始電圧の極性差をとることができず、上述した矩形波で駆動した場合には、１２０ｃｄ／ｍ2の輝度になる。つまり、領域Ｂの条件にてレーザ照射すれば輝度向上はなされるが、上記極性差が１０Ｖ未満の条件とすれば、１０Ｖ以上の場合よりも、さらなる輝度向上を図ることができる。
【００５３】
本実施形態の場合、上記したようにレーザを照射することによって、矩形波で駆動する場合の発光効率が増加するだけでなく、発光の減衰が小さくなるので、輝度が向上したと考えられる。
【００５４】
このことを確認するために、ＥＬ素子１００に矩形波を印加したあとで、発光波形がどれほど減衰するかを確認した。図５は、ＥＬ素子１００への電圧印加波形としての矩形波３０とそのときの発光波形２０を示している。
【００５５】
図５において太線で示す発光波形２０は、レーザを照射して輝度が向上し、直流電圧での発光開始電圧の極性差が０．８Ｖである場合の例を示している。この場合、矩形波３０によるでの発光電圧３１の印加後、極性が反転するまでの期間ｔ（たとえば１．５ｍｓｅｃ）で、輝度は最高輝度の１６％まで減った。
【００５６】
しかし、当該極性差を１０Ｖ以上としたＥＬ素子について同様に調査したところ、さらに減衰度合は大きく、１３．４％まで減少した。このように、本実施形態によれば、輝度の減衰が少なくなることで輝度向上が図られると考えられる。
【００５７】
なお、発光層４としては、ＺｎＳを母体材料とした場合以外にも、ＳｒＳやＣａＳを用いた場合でも同様の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係るＥＬ素子の概略構成を示す図である。
【図２】ＥＬ素子を構成する膜の透過率の波長依存性を測定した図である。
【図３】レーザパワーと実質照射時間の関係を示した図である。
【図４】上記実施形態の製造方法による効果を示す図である。
【図５】ＥＬ素子への電圧印加波形とそのときの発光波形を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…絶縁性基板、２…第１電極、３…第１絶縁層、４…発光層、５…第２絶縁層、
６…第２電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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